專利名稱：一種莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬基復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種針對(duì)鋁合金的性能改進(jìn) 及其工藝制造技術(shù)，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料由于具有高的比強(qiáng)度、比模量、良好的熱穩(wěn)定性以及抗疲勞、 耐磨損等優(yōu)良性能而得到迅速發(fā)展，成為金屬基復(fù)合材料的一個(gè)重要分支。關(guān)于晶須增強(qiáng) 鋁基復(fù)合材料的制備已有一些文獻(xiàn)和專利報(bào)導(dǎo)。公開(kāi)號(hào)為CN1197121 (98113701.6)的中國(guó) 專利于1998年10月28公開(kāi)了 "鈦酸鉀晶須增強(qiáng)鋅鋁合金復(fù)合材料及其制造方法"，復(fù)合材料 中鈦酸鉀晶須的體積分?jǐn)?shù)為20-30%，可以應(yīng)用于軸承支架、蝸輪、蝸桿等生產(chǎn)制備中。公 開(kāi)號(hào)為CN1414131 (02132869.2)的中國(guó)專利公開(kāi)了 "硼酸鎂晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及制備 工藝"，硼酸鎂晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料成分配比為硼酸鎂晶須2-50MasS%;余量為鋁及 鋁合金。其制備工藝是晶須的表面化學(xué)處理；擠壓毛坯的制備；有擠壓鑄造法和粉末冶 金法兩種；擠壓鑄造法制備熱擠壓毛坯為品須預(yù)制件的成型；晶須預(yù)制件的燒結(jié)擠壓 鑄造。粉末冶金法制各熱擠壓毛坯為混粉；壓制成型；封套；熱壓；熱擠壓。郝保紅等， 新技術(shù)新工藝，2006年6期，42-45分析了氧化鋁晶須增強(qiáng)鍆基合金的應(yīng)用前景，認(rèn)為氧 化鋁晶須在增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料特別是鋁基S合材料方面及高分子材料方面都有著巨大的 應(yīng)用價(jià)值。畢剛等，宇航材料工藝，1999年03期，18-22綜述了硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材 料的制取工藝、性能特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀；并對(duì)當(dāng)前復(fù)合材料研究當(dāng)中存在的一些問(wèn)題以及某 些需要深入研究的方向進(jìn)行了探討。他們認(rèn)為此類復(fù)合材料不僅有好的耐高溫性能，而 且常溫下的抗拉強(qiáng)度很好，可與SiCw、 Si:凡w增強(qiáng)的復(fù)合材料媲美，同時(shí)相對(duì)于其他晶須它 具有很大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。胡明等，復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2002， 19巻，第5期，57-61研究了SiC品 須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的熱膨脹行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，淬火后SiCw/ Al復(fù)合材料基體內(nèi)的位 錯(cuò)密度、內(nèi)應(yīng)力和材料的屈服強(qiáng)度均較高，不同工藝處理的SiCw/ Al復(fù)合材料熱膨脹行為 不同。
公開(kāi)號(hào)為CN1710141 (200510010039.2)的中國(guó)專利公開(kāi)了一種SiCw/Al復(fù)合材料液一 固兩相區(qū)溫度成型方法，涉及一種晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料高溫成型的方法。對(duì)于SiCw/Al復(fù) 合材料來(lái)說(shuō)，液一固兩相區(qū)溫度變形要優(yōu)于純固相狀態(tài)的變形，該發(fā)明提供一種可以得到 極佳性能的變形產(chǎn)品的SiCw/Al復(fù)合材料。液一固兩相區(qū)溫度成型方法是將SiCw/Al復(fù)合材 料進(jìn)行高溫壓縮，控制壓縮過(guò)程的溫度為575。C 585'C，應(yīng)變速率為O. 3s—' 0. 5s 1 。該發(fā) 明成型出SiCw/Al復(fù)合材料構(gòu)件保持了優(yōu)異的性能。
莫來(lái)石晶須具有耐高溫、抗氧化、熱膨脹系數(shù)較小、高溫強(qiáng)度高、高溫蠕變小、抗熱震 性能好等優(yōu)異性能，是一種優(yōu)異的金屬、陶瓷和塑料增韌補(bǔ)強(qiáng)材料。CN1785893 (申請(qǐng)?zhí)?200510044907. 9)公開(kāi)了一種莫來(lái)石晶須的制備方法，是本申請(qǐng)人早先的專利。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明利用莫來(lái)石晶須的優(yōu)良性能和與鋁合金熔體有良好潤(rùn)濕
性的特點(diǎn)，提供一種莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的制備方法。
-種莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，由鋁粉、鋁合金和莫來(lái)石晶須組成，其屮莫來(lái)石 晶須占鋁合金復(fù)合材料的5 20wtn/。，莫來(lái)石晶須與鋁粉重量比l: (1 2)，余量為鋁合金。
優(yōu)選的，所述鋁合金中鋁的含量為80-99 wt%，具體可選鋁硅合金、鋁硅銅合金、鋁鎂 合金、鋁鋅合金等。
優(yōu)選的，所述鋁粉為工業(yè)純鋁粉，Al>99wt%，細(xì)度為180 200目。
優(yōu)選的，所述莫來(lái)石晶須可按現(xiàn)有技術(shù)制備，本發(fā)明優(yōu)選按CN1785893 (專利號(hào) 200510044907. 9)公開(kāi)的一種莫來(lái)石晶須的制備方法制得。
本發(fā)明的莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的制備方法，步驟如下
(1) 將莫來(lái)石晶須加入無(wú)水乙醇中，并將pH值調(diào)至3 5，攪拌O. 5 2h，抽濾；
(2) 將步驟(1)處理后的莫來(lái)石晶須加入濃硝酸或濃硫酸中，在6(TC 8(TC下酸洗 1 2h;用去離于水洗至中性，烘干；
(3) 將步驟(2)處理后的莫來(lái)石晶須與鋁粉按1: (1 2)的重量比以無(wú)水乙醇為介 質(zhì)攪拌混合，真空烘干；
(4) 將步驟(3)烘干后的莫來(lái)石晶須和鋁粉混合物按莫來(lái)石晶須占鋁合金復(fù)合材料 5 20討％的比例，用鋁箔包裹后放入750 850'C熔融的鋁合金熔體中，攪拌0. 5 lh后進(jìn) 行澆鑄，得到莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)在于將莫來(lái)石晶須進(jìn)行分散、表面處理后與鋁粉混合，經(jīng)鋁箔包裹后 放入鋁合金熔體中混合，制備性能穩(wěn)定的莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料。復(fù)合材料具冇 質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和比剛度高、疲勞強(qiáng)度高、耐磨性能好等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天及汽車等領(lǐng) 域冇良好的應(yīng)用前景。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)良效果如下
7、本發(fā)明莫來(lái)石晶須與鋁合金基體潤(rùn)濕性較好，制備的復(fù)合材料具有更高的耐磨性和 更寬的使用溫度范圍。
么本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。實(shí)施例中所用鋁粉為工業(yè)純鋁 粉，Al>99wt%,平均粒徑200目。所用莫來(lái)石晶須按CN1785893 (專利號(hào)200510044907. 9) 方法制得。所用鋁合金中鋁的含量為80-99 wt%。
實(shí)施例1:
一種莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其中莫來(lái)石晶須占復(fù)合材料的5wt%，鋁粉與莫 來(lái)石晶須重量比l: 1，余量為BH135型鋁合金(Al>86wt%， Si<13wt%)。 制備方法，步驟如下
(1) 將莫來(lái)石晶須加入無(wú)水乙醇中，用濃硝酸將pH調(diào)至3，攪拌lh，抽濾；
(2) 將步驟(1)處理后的莫來(lái)石晶須加入濃硝酸中，在8(TC下酸洗lh;用去離子水 洗至中性，烘千；
(3) 將步驟(2)處理后的莫來(lái)石晶須與鋁粉按1:1的比例，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)攪拌 混合，真空烘千；
(4) 將步驟(3)烘千后的混合物按莫來(lái)石晶須占鋁合金復(fù)合材料5wt。/。的比例，用鋁
箔包裹放入850r熔融的鋁合金熔體中，攪拌0.5h后進(jìn)行澆鑄，得到5wtM晶須含量的莫來(lái) 石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，莫來(lái)石晶須含量為5wtW時(shí)，鋁合金復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比基體材料提高 了 25%;復(fù)合材料彈性模量提高35%。
實(shí)施例2:
一種莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其中莫來(lái)石晶須占復(fù)合材料的10wt%，鋁粉與莫 來(lái)石晶須重量比l: 2，余量為鋁鋅合金。 制備方法，步驟如下
(1) 將莫來(lái)石晶須加入無(wú)水乙醇中，用濃硝酸將pH調(diào)至4，攪拌0.5h，抽濾；
(2) 將步驟(1)處理后的莫來(lái)石晶須加入65wt。/。濃硝酸中，在60。C下酸洗lh;用去 離子水洗至屮性，烘干；
(3) 將步驟(2)處理后的莫來(lái)石晶須與鋁粉按1:2以無(wú)水乙醇為介質(zhì)球磨混合，真 空烘干；
(4) 將步驟(3)烘千后的混合物按莫來(lái)石晶須為10wt。/。用鋁箔包裹放入80(TC熔融的 鋁合金屮熔化，攪拌0.5h進(jìn)行澆鑄，得到10wt。/。晶須含量的復(fù)合材料。
所得莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料莫來(lái)石晶須含量為10 wt%，與基體材料相比磨損 失重降低，耐磨性顯著提高。 實(shí)施例3:
一種莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其中莫來(lái)石晶須占復(fù)合材料的5wt%，鋁粉與莫 來(lái)石晶須重量比l: 1，余量為鋁鎂合金。
(1) 將莫來(lái)石晶須加入無(wú)水乙醇中，用濃硫酸將pH調(diào)至4，攪拌1.5h,抽濾；
(2) 將步驟(1)處理后的莫來(lái)石晶須加入60wt。/。濃硫酸中，在70。C下酸洗2h;用去 離子水洗至屮性，烘干；
(3) 將步驟(2)處理后的莫來(lái)石晶須與鋁粉按1:1以無(wú)水乙醇為介質(zhì)球磨混合，真 空烘干；
(4) 將歩驟(3)烘干后的莫來(lái)石晶須和鋁粉混合物按莫來(lái)石晶須為5wtY。用鋁箔包裹 放入80(TC熔融的鋁合金中熔化，攪拌lh進(jìn)行澆鑄，得到5wty。晶須含量的復(fù)合材料。
所得莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料莫來(lái)石晶須含量為5wty。，拉伸強(qiáng)度比基體材料提 高了30%;彈性模量提高40%。
權(quán)利要求
1、一種莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，由鋁粉、鋁合金和莫來(lái)石晶須組成，其特征在于，其中莫來(lái)石晶須占鋁合金復(fù)合材料的5～20wt％，莫來(lái)石晶須與鋁粉重量比1∶(1～2)，余量為鋁合金。
2、 如權(quán)利要求l所述的莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料"其特征在于，所述鍆合金中 鋁的含量為80-99 wt%。
3、 如權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其特征在于，所述鋁合金為 鋁硅合金、鋁硅銅合金、鋁鎂合金、鋁鋅合金中的一種。
4、 如權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其特征在于，所述鋁粉為 Al〉99wt%，細(xì)度為180 200目。
5、 一種如權(quán)利要求l所述的莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的制備方法，步驟如下(1) 將莫來(lái)石晶須加入無(wú)水乙醇中，并將pH佰調(diào)至3 5，攪拌0.5 2h，抽濾；(2) 將歩驟(1)處理后的莫來(lái)石晶須加入濃硝酸或濃硫酸中，在60。C 8(TC下酸洗 1 2h;用去離子水洗至中性，烘干；(3) 將歩驟(2)處理后的莫來(lái)石晶須與鋁粉按1: (1 2)的重量比以無(wú)水乙醇為介 質(zhì)攪拌混合，真空烘干；(4) 將步驟(3)烘干后的莫來(lái)石晶須和鋁粉混合物按莫來(lái)石晶須占鋁合金復(fù)合材料 5 20wt。/。的比例，用鋁箔包裹后放入750 85(TC熔融的鋁合金熔體中，攪拌0. 5 lh后進(jìn) 行澆鑄，得到莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料。
全文摘要
一種莫來(lái)石陶瓷晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料及其制備方法，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。將分散好的莫來(lái)石晶須在60℃～80℃下采用濃硝酸或濃硫酸處理1～2h，將處理好的莫來(lái)石晶須用去離子水洗至中性，真空烘干，然后與鋁粉一起用無(wú)水乙醇球磨混合，真空烘干。用鋁箔包裹晶須與鋁粉混合物放入熔融的鋁合金熔體中，攪拌0.5～1h后進(jìn)行澆鑄，即可得莫來(lái)石晶須增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C22C49/00GK101186997SQ200710115650
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者亓效剛, 張玉軍, 趙東亮, 魏紅康, 龔紅宇 申請(qǐng)人:山東大學(xué)